[发明专利]一种二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法

权利要求书

1.一种二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：定常风速场是指与时间无关的二维风速矢量描述的欧拉风速场，并且机器人的运动轨道是用轨道函数描述的，该方法包括如下步骤：

a).由风速矢量计算风速场中机器人的总偏航角度和总线速度；

b).由轨道函数计算寻迹误差；

c).由轨道函数和弧长参数计算机器人沿轨道运动的广义弧长和在轨速度；

d).由通信得到的邻居信息，设计总偏航角速度和总线加速度使得寻迹误差和队形达到设计要求，并保证机器人本身的速率大于风速；

e).由总偏航角速度和总线加速度联列求解机器人本身期望角速度和控制力；

f).计算真实与期望角速度的误差，设计机器人的控制力矩；

g).由伺服系统来完成机器人的运动控制。

2.根据权利要求1所述的二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：

其中所述步骤a）包括如下步骤：

a1)由机器人本身的线速度、转角以及风速矢量，计算风速场中机器人的总偏航角度；

a2)由风速场中机器人总偏航角度，计算机器人总运动方向以及与运动方向垂直的方向；

a3)由机器人本身的线速度、风速矢量、机器人总运动方向以及与运动方向垂直的方向，计算风速场中机器人的总线速度。

3.根据权利要求1所述的二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：

其中所述步骤b）包括如下步骤：

b1)由风速场中机器人的位置和轨道函数，计算轨道函数值与期望值间的位置寻迹误差；

b2)由轨道函数计算轨道的单位法向量和单位切向量；

b3)由风速场中机器人的总运动方向和轨道的单位切方向，计算角度寻迹误差。

4.根据权利要求1所述的二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：

其中所述步骤c）包括如下步骤：

c1)规定好目标轨道的弧长参数和弧长计算的起始点，由此确定关于轨道函数的等值曲线簇中其他曲线的弧长计算的起始点；

c2)由轨道函数和弧长参数计算机器人沿轨道从起始点到当前位置间的弧长；

c3)由队形要求确定广义弧长与弧长间的函数关系，计算广义弧长和在轨速度。

5.根据权利要求1所述的二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：

其中所述步骤d）包括如下步骤：

d1)由位置寻迹误差、角度寻迹误差以及通信得到的相邻机器人的广义弧长，设计风速场中机器人总偏航角速度使寻迹误差达到设计要求；

d2)由通信得到的相邻机器人的广义弧长和在轨速度，设计风速场中机器人总线加速度在实现编队同时保证机器人本身的速率大于风速。

6.根据权利要求1所述的二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：

其中所述步骤e）包括如下步骤：

e1)对总偏航角度求导得到总偏航角速度与机器人本身的角速度和控制力间的关系式；

e2)对总线速度求导得到总线加速度与机器人本身的角速度和控制力间的关系式；

e3)由步骤d)设计出的总偏航角速度和总线加速度，根据推导出的关系式联列求解出机器人本身期望角速度和控制力。

7.根据权利要求1所述的二维定常风速场中多机器人的寻迹编队控制方法，其特征在于：

其中所述步骤f）包括如下步骤：

f1)由机器人真实角速度，计算其与步骤e)得出的期望角速度间的角速度误差；

f2)由总偏航角速度和总线加速度对时间的导数，计算期望角速度对时间的导数；

f3)根据角速度误差和期望角速度的导数，设计机器人的力矩使得角速度误差减少到满足的设计要求。